미공군 KC-46A 공중급유기

양산 시작한 미공군 최신 공중급유기

KC-767과 KC-46A 차이

KC-46이 개발되기 전에 KC-767이 먼저 767 계열 공중급유기로 개발되었다. 따라서 KC-46A에 대해서 살펴보면서 KC-767을 함께 살펴보는 것이 KC-46의 성능에 대해서 좀 더 쉽게 이해를 할 수 있을 것이다.

일본 항공자위대와 이탈리아 공군이 도입한 KC-767 공중급유기와 마찬가지로 KC-46A 공중급유기 또한 보잉(Boeing) 767-200ER을 플랫폼으로 하는 공중 급유기이다.

KC-46 공중급유기는 KC-767의 후속 모델이며, 따라서 KC-767보다 성능이 더욱 개선된 모델이다.

우선 KC-46A의 플라잉 붐(Flying Boom)이 KC-767보다 더욱 개선된 체계이다. 이 때문에 붐 급유 시의 급유 시간이 더욱 단축되었다. KC-767의 플라잉 붐은 1분에 600 갤런(US Gal)의 연료를 보급하며, 이를 개선한 새로운 급유봉의 경우에는 1분에 900 갤런의 연료를 보급한다.

KC-46A의 급유봉은 1분에 1200 갤런의 연료를 전송한다. 이는 단순히 산술적인 비교를 하자면, KC-767에 현재 탑재되는 급유봉에 비해 1분당 300 갤런 가량 연료 보급 속도가 증가하였으며, 초기 모델과 비교하면 무려 2배 가량 급유 속력이 증가하였다.

플라잉 붐 급유 방식이 급유기 1대가 1회에 1대의 피급유 항공기에만 급유를 할 수 있다는 점을 감안하면 KC-46과 KC-767의 실제적인 급유 능력 차이는 이러한 산술적인 비교보다 더욱 크다는 것을 알 수 있다.

1회 급유 속도의 증가로 인해 급유에 소요되는 시간이 더욱 감소하였기 때문에 같은 피급유 조건(동일 기종, 각 피급유 항공기의 잔여 연료, 동일 고도와 속력 등)에서 피급유 항공기들의 대기 시간이 더욱 감소하게 된다.

이 때문에 동일한 규모와 조건의 편대 또는 스트라이크 패키지 등에 보다 적은 연료를 급유하면서 동일한 결과를 만들어낼 수 있다. 또한 경우에 따라서는 KC-767보다 같은 시간동안 더욱 많은 항공기에 급유를 할 수 있다.

여기에 더해서 급유 관제 체계와 급유봉 디지털 제어 체계가 개선된 것 또한 KC-46A가 일본 등이 보유한 KC-767보다 더욱 높은 급유 효율을 갖는 항공기로 만드는 장점이다.

플라잉 붐 급유 방식만 KC-767보다 개선된 것은 아니다. 프로브 & 드로그(Probe & Drogue) 급유 방식의 경우에도 양자간에 다소 차이가 있다. KC-767 공중급유기에 탑재하기 위해 개발된 급유 포드의 경우에는 1분에 400 갤런의 연료를 급유하는 반면, KC-46에 탑재되는 급유 포드의 경우, 1분에 600 갤런의 연료를 피급유 항공기의 급유 프로브에 전송할 수 있다.

일본은 KC-767 공중급유기를 도입하면서 급유 드로그 포드는 도입하지 않았다.

경우에 따라서는 급유봉에 드로그를 연결하는 플라잉 드로그 급유 방식도 가능할 것으로 보이지만 현재는 주로 플라잉 붐 급유 방식으로 운용되고 있다.

이와는 별개로 헬리콥터에 대한 프로그 & 드로그 급유와 재난지역 지원 임무 등을 위해서 해상자위대에서 6대의 중고 KC-130R을 구입하였다.

이들 KC-130R의 경우에는 해상자위대가 추후 미 해군 / 해병대의 전투기들을 지원할 때에도 운용될 것으로 보인다.
항공자위대의 3대 주력 전투기(F-35A,F-15J, F-2)와 E-767 AWACS, KC-767 공중급유기까지 모두 플라잉 붐 방식으로 급유를 받는 항공기들이다(E-2C의 경우에는 아예 공중 급유 불가능).

이탈리아 공군의 KC-767 공중급유기는 플라잉 붐과 함께 프로브 & 드로그 급유 체계도 모두 보유하고 있다. 이는 이탈리아 공군의 주력 전투기인 F-2000 전투기(이탈리아의 유로파이터 타이푼)등이 프로브 & 드로그 방식으로 급유를 받기 때문이다.
이 때문에 급유 관제 컨솔의 경우, 이탈리아 공군의 KC-767은 관제 디스플레이에 2개의 윈도우를 띄워서 좌측 주익의 프로브 포드로 급유를 받는 항공기와 우측 급유 포드에서 사출한 급유 포드로 급유를 받는 피급유 항공기를 동시에 시현할 수 있도록 하였다.

일본 항공자위대의 AROCD(Aerial Refuelling Operator Control Display)는 플라잉 붐 급유 중인 항공기에 대한 2차원적인 영상만을 제공할 수 있다.

KC-46A 공중급유기의 경우에는 AROS(Aerial Refuelling Operator Station) 시스템이 피급유 항공기의 3차원 영상을 급유 관제사에게 실시간으로 제공하여 관제사가 급유봉의 3 차원적인 움직임을 보다 효과적으로 제어할 수 있도록 제작된다.

RVS는 WFOV(Wide Field Of View) 영상이 시현되는 2차원 디스플레이와 현재 급유봉이 향하는 방향의 영상을 NFOV(Narrow Field Of View)로 시현하는 3차원 디스플레이로 구성되어 있다.

관제사는 급유 대상 항공기를 급유를 받을 수 있는 위치로 유도한 후 최종적으로 이 영상 정보를 통한 급유봉 제어체계와 인터페이스를 이용하여 급유봉을 접합할 수 있다.

이 때 급유 관제사가 스틱을 움직여서 입력되는 급유봉 제어신호는 급유봉 디지털 제어 체계에 의해 대기자료정보와 함께 디지털 처리되어 급유기와 피급유기의 상대 속력, 고도 등에 맞추어 급유봉 제어 Gimbal과 급유 조종면 등을 미세한 시간 단위로 구동하게 된다.

즉 관제사가 급유봉을 구동하기 위해 입력하는 정보가 같더라도 실제 급유봉 구동 장비가 움직이는 것은 비행 조건 등에 따라 다르다고 할 수 있다.

이와 같이급유봉을 제어하는 체계 또한 다중 채널을 보유한 디지털 플라이 바이 와이어(FBW)를 통해 급유봉을 제어하기 때문에 미세한 시간 간격으로 추출, 피드백되는 데이터에 맞추어 급유봉을 정밀하게 제어할 수 있다.

네트워크

Link 16 데이터 통신 규격에 따라 PPLI(Precise Participants Location &Identification) 정보를 공유할 수 있다. 이들은 디지털 항법 정보를 공유하고, 네트워크 참여자의 항법 체계들의 정보 품질을 대조하여 가장 우수한 정보 품질을 갖는 항공기를 기준으로 항법 정보를 보정하는 등, 정밀한 항법 정보를 산출하기 위한 다양한 기법을 보유하고 있다.

KC-46A 또한 첨단의 항법 체계와 Link 16을 보유함으로써 이러한 네트워크에 가입하여 PPLI 정보 공유가 가능하다.

이 과정은 정밀한 급유에도 큰 보탬이 된다. KC-46A 항공기의 자체 항법 정보를 바탕으로 급유대상 항공기의 상대적인 항법 정보를 파악함으로써 급유봉을 제어하는데 필요한 데이터를 정확하게 산출할 수 있기 때문이다.

급유 대상 항공기 또한 자신의 항법 정보를 바탕으로 KC-46A의 상대적인 항법 정보를 파악함으로써 급유를 받을 수 있는 위치로 불필요한 움직임을 최소화하면서 정확하게 접근할 수 있다.

또한 데이터 링크를 통해서 항법 정보뿐만 아니라 급유를 받는 항공기들의 잔여 연료량을 파악함으로써 급유 우선 순위를 결정할 수 있게 된다.

이는 같은 시간 동안 동일한 숫자의 항공기에 급유를 하면서 보다 효율적인 급유 계획에 따라 급유가 이루어지도록 한다.

급유관제체계에 미리 업로딩 되어 있는 급유 대상 항공기의 비행특성 정보는 KC-46A의 디지털 대기자료 처리(비행제어체계 OFP에 포함) 정보와 컨버전스 처리되어 역시 급유 대상 항공기를 정밀하게 유도하는데 사용될 수 있다.

KC-46A는 플라잉 붐 외에도 프로브 앤 드로그(Probe & Drogue) 급유 또한 가능한데, 동 급유 방식을 사용하는 미 해군 / 미 해병대의 항공기에 급유를 할 때에도 급유 대상 항공기에 대한 별도의 급유 라이센스 없이 업로드된 비행 특성 데이터와 네트워크를 통해 역시 정밀한 급유 관제가 가능하게 된다.

KC-46A의 생존성

KC-46의 또다른 개선점은 KC-767 등과 달리, 위험 수준이 높은 공역까지 진출하여 공중 급유를 하는 것을 염두에 두고 개발이 된다는 점이다.

이를 위해 KC-46의 자체 방어체계에는 LAIRCM과 함께 AN/ALR-69 계열 디지털 RWR가 통합된다. ALR-69는 슈퍼헤테로다인 수신기를 사용하여 수신되는 주파수를 중간 주파수(IF)로 감소시키는 것까지는 아날로그 RWR과 유사하지만(이는 필요로 하는 주파수를 추출하기 위한 회로 구조가 더욱 단순해지는 장점이 있기 때문) 수신되는 신호를 주파수와 시간의 관계에서 만들어지는 위상에 따라 이산적으로 고속 처리할 수 있기 때문에 광대역 밴드 패스와 밴드 리젝트 모두가 가능하다는 장점이 있다.

이 때문에 가장 위협적인 신호만 취사하여 동일 레이더에서 송출되는 신호라도 중심 주파수뿐만 아니라 다양한 주파수의 신호를 처리함으로써 이를 도플러 샤프닝 기법에 활용하여 정밀한 도래각(AOA) 추적이 가능하다.

이 때문에 다수의 적대적인 RF 신호원의 식별과 정밀한 위치 추적이 가능하고, 동시 다발적인 주파수 도약과 변조에 대응하여 실시간으로 전자적인 대응이 가능하다.

이 때문에 추후 공중급유기의 성능 개선 프로그램에 전자적인 대응 체계를 더욱 강화할 경우 이에 통합되어 복수의 전파적인 위협에 대응할 수 있도록 할 수 있다.

LAIRCM(Large Aircraft Infra Red Counter Measure)은 약어에서 알 수 있듯이 대형 항공기용으로 개발된 DIRCM이다.

이 시스템은 MAWS(Missile Approaching Warning System)과 지향성 레이져 조준 / 송출 시스템, 프로세서 등으로 구성되어 있다. 이 시스템은 IR 유도 공대공 / 지대공 미사일의 IR 시커에 강력한 레이저를 조사하는 방식으로 적대 공대공 미사일이 항공기로 유도되는 것을 방해한다.

MAWS는 적대 미사일을 탐지한 후에 미사일이 접근하는 방위를 추출하고, 해당 방위에 맞는 대역의 IR 신호를 프로세서가 산출하여 이를 바탕으로 대응하게 된다.

동일한 항공기라도 비행 중에 방위각에 따라서 IR 신호 조성이 조금씩 차이가 있기 때문에 이러한 IR 신호 디지털 히스토그램 등을 정밀하게 프로세서가 추출하는 작업은 중요하다고 할 수 있다.

이 외에도 미 공군이 KC-46A 공중급유기를 장기간 운용할 예정이기 때문에 단계적인 성능 개량 프로그램이 개발되면서 KC-46A에 통합되는 자체 방어 체계 또한 기술의 발전에 따라서 더욱 향상된 체계가 도입될 것이다.

이는 KC-46A 공중급유기의 장기적인 생존성 향상 잠재성이 더욱 크다는 것을 의미한다.

앞서 언급한 바와 같이 네트워크를 통한 정밀한 항법 정보의 교환과 보정 작업이 개입하면서 KC-46의 공중급유는 더욱 정교하고 정밀한 작업이 된다.

정교한 항법 정보 공유에 있어서 GPS 좌표 정보는 중요하다고 할 수 있다. 이 때문에 GPS 교란 신호 밀도가 높은 환경에서도 안정적인 급유가 가능하도록 하기 위한 급유 방어체계 또한 KC-46에 도입될 예정이다.

이 또한 현재의 KC-767에 비해 KC-46이 더욱 진일보한 부분이라고 할 수 있겠다. 이 체계는 교란에 대응하여 더욱 개선된 비화 코드와 신호 규격을 사용하며, 교란 신호와 실제 GPS 신호의 식별 알고리즘과 신호 강화 기법, 필터링 등을 이용하여 GPS 교란 체계를 회피할 수 있도록 하는 시스템이다.

4. 왜 B 767 기반 공중급유기인가

항공기의 체적과 그에 따른 연료 탑재량을 중요한 기준으로 언급한다. 기종 간에 연료 탑재량의 차이가 존재하는 것은 사실이지만, 연료 탑재량과 시간당 연료 보급 속력, 설정된 시간 동안 급유 가능한 항공기 규모, 항속 거리 등은 충족을 하기 때문에 크리티컬한 요소가 되는 것이 어렵다.

하지만 항공기의 체적과 연료 탑재량을 중시하는 논의는 국내에서만 있는 것은 아니다. 이런 논의를 지켜보면서 보잉(Boeing)에서는 왜 급유기 플랫폼을 결정할 때 777과 같은 보다 대형의 항공기가 아닌 767을 선택했는지에 대해서 의문을 갖지 않을 수가 없다.

이에 대해서는 여러 고려해야 할 요인이 많지만, 무엇보다 767을 기반으로 급유기를 제작하여 운용할 때 프로그램 코스트가 더욱 합리적이라는 점과 장기간의 운용 유지에 유리하다는 점, 그리고 공중 급유기에 필요로 하는 기본 성능이 우수하다는 점을 고려할 수 있을 것이다.

우선 767 계열 항공기는 (군용 항공기를 포함하여) 현재까지 무려 1040대가 양산되었으며, 앞으로 이 숫자는 증가하게 될 것이다. 767-200ER의 경우에는 민수용으로는 더 이상 생산을 하지 않고 있지만, 항공자위대만 도입한 E-767과 총 8대가 생산된 KC-767 (콜롬비아 공군의 767 MRTT는 제외), 그리고 추후 미 공군이 장기간 대량으로 도입하게 될 KC-46 등 군수 수요로는 지속적으로 양산이 이루어지고 있다.

또한 767-200ER보다 연료 탑재량 등이 증가한 767-400ER의 경우에는 현재에도 꾸준히 생산되고 있다. 이 때문에 장기간 관련 부품 수요가 대량으로 유지될 것이기 때문에 합리적인 운용 유지 비용으로 항공기를 운용하는 것이 가능하다.

공중급유기로 767 기반 항공기가 합리적인 이유는, 먼저 광동체 항공기이기 때문에 연료 탑재량이 크면서 동시에 그보다 대형의 항공기들과 비교할 때 후방으로 발산되는 난기류(터뷸런스)가 더욱 적다는 점이다.

이러한 난기류는 항공기 양쪽 주 날개에서 발생하여 후미로 일정 거리 이상 이격되면서 하강하기 때문에 특히 공중 급유기 양쪽 날개의 급유 드로그로 피급유 항공기가 접근하는 것을 쉽지 않게 만드는 요인이 된다.

드로그 자체의 유동에도 영향을 미치며, 심한 경우 아예 피급유 항공기의 엔진 Flame Out을 야기시켜 사고로 이어질 수도 있다. 플라잉 붐 방식의 급유를 받는 항공기의 경우 그보다 영향을 한결 더욱 적게 받긴 하겠지만 후방 난기류가 대량으로 발생할 경우 플라잉 붐 급유를 받는 항공기 또한 전혀 문제가 없다고 할 수 없을 것이다.

이 점에서 후방의 난기류 발생과 연료 탑재량, 연비 면에서 최적으로 절충을 한 항공기인 767은 급유기 플랫폼으로 최적의 플랫폼으로 고려가 될 수 있는 것이다.

767도 광동체 항공기이기 때문에 연료 소모율이 높은 것은 사실이지만, 그보다 연료를 더 많이 수용하는 여타 광동체 항공기들의 경우에는 항력이 더욱 크기 때문에 연료 소모율 또한 더욱 높은 편이다.

B 767 플랫폼의 우수한 장래성

KC-46A는 F-15E 업그레이드, F-35A, 차기 폭격기 등과 함께 미 공군의 핵심적인 현대화 프로그램이다. KC-46A가 대체해야 할 KC-135가 현재 100대 이상 미 공군에 남아있으며, 이들을 대체하는 것 또한 긴 시간에 걸쳐서 이루어질 전망이다.

이 때문에 KC-46A 공중 급유기는 미 공군의 수요 만으로도 장기적인 양산이 이루어질 전망이며, KC-46A의 양산에 돌입하고 있다.

[디펜스투데이]